JP7609630B2 - 火花点火機関用燃料組成物および燃料油基材の配合方法 - Google Patents
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- Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
Description
火花点火機関用燃料組成物は、その輸送や、貯蔵等に際して水分と接触する可能性があり、飽和溶解度に近い水分を溶解している場合がある。
飽和溶解度に近い水分を含有する火花点火機関用燃料組成物は、環境温度の変化に伴って冷却されると、組成物中の水分が分離し始め、その結果、火花点火機関用燃料組成物に白濁や遊離水を生じる場合が考えられる。
すなわち、各炭化水素について、飽和量まで水分を溶解させたのち常温(20℃)下で15分間静置したときの、静置前後における溶存水分量の変化から溶存水分の揮発量割合{(15分間静置することによる溶存水分の減少量/静置前における溶存水分量)×100}(%)を測定したところ、以下の(a)~(d)の知見を得るに至った。
(a)火花点火機関用燃料組成物を構成する鎖状飽和炭化水素のうち、主要成分である炭素数4~8の鎖状飽和炭化水素における溶存水分の揮発量割合は、質量基準で各々以下のとおりとなる。
炭素数4の鎖状飽和炭化水素(n-ブタン) :82%
炭素数5の鎖状飽和炭化水素(n-ペンタン):70%
炭素数6の鎖状飽和炭化水素(n-ヘキサン):56%
炭素数6の鎖状飽和炭化水素(2-メチルペンタン):56%
炭素数7の鎖状飽和炭化水素(n-へプタン):48%
炭素数8の鎖状飽和炭化水素(n-オクタン) :48%
このため、炭素数4~8の鎖状飽和炭化水素における溶存水分の揮発量割合の比は、炭素数4の鎖状飽和炭化水素:炭素数5の鎖状飽和炭化水素:炭素数6の鎖状飽和炭化水素:炭素数7の鎖状飽和炭化水素:炭素数8の鎖状飽和炭化水素=0.82:0.70:0.56:0.48:0.48とみなし得る。
(b)溶存水分の揮発量は、炭素数が同じ場合、鎖状飽和炭化水素(パラフィン)より不飽和炭化水素(オレフィン)の方が低く、炭素数が同じ鎖状飽和炭化水素中の溶存水分の揮発量に比較して、不飽和炭化水素中の溶存水分の揮発量は、質量基準で約0.70倍となる。
(c)芳香族化合物中の溶存水分の揮発量は、鎖状飽和炭化水素及び不飽和炭化水素に比較して無視し得る程小さい。
(d)火花点火機関用燃料組成物中における環状飽和炭化水素(ナフテン)の含有割合は、通常は非常に低いことから、その溶存水分の揮発量についても無視することができる。
(I)(1)芳香族分の全含有割合が30.0容量%以下、
(2)含酸素化合物の含有割合が0.10容量%以下、
(3)下記式(I)
V=0.82(P4+0.70×O4)+0.70(P5+0.70×O5)+0.56(P6+0.70×O6)+0.48(P7+0.70×O7)+0.48(P8+0.70×O8) (I)
(ただし、P4~P8は、各々、炭素数4~8の鎖状飽和炭化水素の含有割合(容量%)を示し、O4~O8は、各々、炭素数4~炭素数8の不飽和炭化水素の含有割合(容量%)を示す。)により算出される水分揮発係数Vが33.0以上であり、
(4)リサーチ法オクタン価が96以上である
ことを特徴とする火花点火機関用燃料組成物、
(II)火花点火機関用燃料組成物を調製するための燃料油基材の配合方法であって、燃料油基材を混合することにより、
(1)芳香族分の全含有割合が30.0容量%以下、
(2)含酸素化合物の含有割合が0.10容量%以下、
(3)下記式(I)
V=0.82(P4+0.70×O4)+0.70(P5+0.70×O5)+0.56(P6+0.70×O6)+0.48(P7+0.70×O7)+0.48(P8+0.70×O8) (I)
(ただし、P4~P8は、各々、炭素数4~8の鎖状飽和炭化水素の含有割合(容量%)を示し、O4~O8は、各々、炭素数4~炭素数8の不飽和炭化水素の含有割合(容量%)を示す。)により算出される水分揮発係数Vが33.0以上であり、
(4)リサーチ法オクタン価が96以上
である火花点火機関用燃料組成物を得ることを特徴とする燃料油基材の配合方法
を提供するものである。
なお、本明細書中、数値範囲を現す「~」は、その上限及び下限としてそれぞれ記載されている数値を含む範囲を表す。また、「~」で表される数値範囲において上限値のみ単位が記載されている場合は、下限値も同じ単位であることを意味する。
本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。
本明細書において組成物中の各成分の含有率又は含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本明細書において、好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
(1)芳香族分の全含有割合が30.0容量%以下、
(2)含酸素化合物の含有割合が0.10容量%以下、
(3)下記式(I)
V=0.82(P4+0.70×O4)+0.70(P5+0.70×O5)+0.56(P6+0.70×O6)+0.48(P7+0.70×O7)+0.48(P8+0.70×O8) (I)
(ただし、P4~P8は、各々、炭素数4~8の鎖状飽和炭化水素の含有割合(容量%)を示し、O4~O8は、各々、炭素数4~炭素数8の不飽和炭化水素の含有割合(容量%)を示す。)
により算出される水分揮発係数Vが33.0以上であり、
(4)リサーチ法オクタン価が96以上
であることを特徴とするものである。
V=0.82(P4+0.70×O4)+0.70(P5+0.70×O5)+0.56(P6+0.70×O6)+0.48(P7+0.70×O7)+0.48(P8+0.70×O8) (I)
(ただし、P4~P8は、各々、炭素数4~8の鎖状飽和炭化水素の含有割合(容量%)を示し、O4~O8は、各々、炭素数4~炭素数8の不飽和炭化水素の含有割合(容量%)を示す。)
により算出される水分揮発係数Vが、33.0以上であるものである。
火花点火機関用燃料組成物中の水分の揮発の有用性を存分に発揮するには、約40%程度の水分の揮発が必要になり、このときの水分揮発係数Vは33.0である。水分揮発係数Vの上限は特に制限されないが、製造上のコストや実用性を加味すると水分揮発係数は、通常、45.0以下が好ましい。
本発明に係る火花点火機関用燃料組成物において、水分揮発係数Vが33.0以上であることにより、混入した水分の揮発性に富み、その低減能に優れた火花点火機関用燃料組成物を容易に提供することができる。
なお、火花点火機関用燃料組成物においては、飽和炭化水素として、炭素数が8を超えるものも含まれ得るが、その含有割合及び溶存水分の揮発量は相対的に低いことから、水分揮発係数Vを算出する上で、無視することができる。
なお、火花点火機関用燃料組成物においては、不飽和炭化水素として、炭素数が8を超えるものも含まれ得るが、その含有割合及び溶存水分の揮発量は相対的に低いことから、水分揮発係数Vを算出する上で、無視することができる。
(1)測定サンプル調製
水(蒸留水)、測定対象となる炭化水素(試薬品)及び容量100mlの蓋付きガラス容器を室温下で静置した後、水20mlと炭化水素(試薬品)80mlを上記ガラス容器に入れ、係るガラス容器を1分間激しく手で振ることにより水を充分に溶解させる。
その後、20℃にセットした恒温槽内に、上記ガラス容器をセットし、1日静置する。
静置後、ガラス容器内で二層に分離した水層/炭化水素層のうち、炭化水素層を、飽和量まで水分を溶解させた測定サンプルとする。
(2)溶存水分の揮発量測定
容積60mlのシリンジバイアルに上記(1)で調製した20℃の測定サンプル(炭化水素層)を30ml分取し、その溶存水分量(飽和水分量)をカールフィッシャー式電量滴定法(JIS K 2275-3)により測定する。
その後、温度28℃、湿度4%の窒素ガスで上記シリンジバイアルの気相を置換し、蓋をした後、20℃の恒温槽で15分間静置する。
次いで、上記シリンジバイアルから注射器を用いて測定サンプルを分取し、その水分量をカールフィッシャー式電量滴定法(JIS K 2275-3)により測定して、揮発量割合として、質量基準で、溶存水分量の変化割合{(15分間静置したことによる溶存水分の減少量/静置前における溶存水分量)×100}(%)を求めることにより、揮発特性を評価する。
燃料添加剤としては、例えば、フェノール系、アミン系等の酸化防止剤、チオアミド化合物等の金属不活性剤、有機リン系化合物等の表面着火防止剤、コハク酸イミド、ポリアルキルアミン、ポリエーテルアミン及びポリイソブチレンアミン等の清浄分散剤、多価アルコールエステルやアミド化合物等の摩擦調整剤、多価アルコール及びそのエーテル等の氷結防止剤、有機酸のアルカリ金属やアルカリ土類金属塩、高級アルコールの硫酸エステル等の助燃剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤及び両性界面活性剤等の帯電防止剤、アルケニルコハク酸エステル等の錆止め剤、及びアゾ染料等の着色剤等並びに公知の燃料添加剤が挙げられる。
本発明に係る火花点火機関用燃料組成物においては、これ等を一種又は複数種組み合わせて含有することができ、これら燃料添加剤の含有量は、特に制限されないが、通常、その合計添加量が0.1質量%以下であることが好ましい。
本発明に係る火花点火機関用燃料組成物において、硫黄分含有量が10質量ppm以下であることにより、排出ガス浄化触媒の能力低下を抑制して、窒素酸化物(NOx)、炭化水素(THC)、一酸化炭素(CO)等の排出量を低減し得るとともに、排出ガス中の硫黄酸化物(SOx)量を低減することができる。
なお、本出願書類において、硫黄分含有量は、JIS K 2541の規定により測定した値を意味するものとする。
本発明に係る火花点火機関用燃料組成物は、50%留出温度T50が、75~110℃であることが好ましく、75~108℃であることがより好ましく、75~105℃であることがさらに好ましい。
本発明に係る火花点火機関用燃料組成物は、90%留出温度T90が、100~180℃以下であり、100~160℃であることが好ましく、100~140℃であることがより好ましい。
このため、本発明に係る火花点火機関用燃料組成物は沸点の低い炭化水素によって構成されることにより、混入した水分を容易に揮発し、その含有量を容易に低減することができる。
なお、本出願書類において、RONは、JIS K 2280「石油製品-燃料油-オクタン価及びセタン価試験方法並びにセタン指数算出方法」のリサーチ法オクタン価試験方法に係る規定により測定した値を意味する。
本発明に係る火花点火機関用燃料組成物において、15℃における密度が上記範囲内にあることにより、燃費の低下を容易に抑制することができる。
なお、本出願書類において、15℃における密度は、JIS K 2249「原油及び石油製品-密度試験方法及び密度・質量・容量換算表」の規定により測定した値を意味する。
なお、本出願書類において、リート゛蒸気圧(RVP)は、JIS K 2258-1の規定により測定した。本発明に係る火花点火機関用燃料組成物において、リート゛蒸気圧(RVP)が上記範囲内にあることにより、運転性を維持することができる。
(i)重質軽油や減圧軽油等を原料とする従来公知の接触分解法、特に流動接触分解法(UOP法、シェル二段式法、フレキシクラッキング法、ウルトラオルソフロー法、テキサコ法、ガルフ法、ウルトラキャットクラッキング法、RCC法、HOC法等)により、固体酸触媒(例えば、シリカ・アルミナにゼオライトを配合したもの等)で分解して得られた接触分解ガソリン。
(ii)原油を常圧蒸留した直留ナフサを脱硫処理して得られた脱硫直留ナフサを蒸留により、軽質留分と重質留分に分けた内の軽質留分である脱硫軽質ナフサ。
(iii)イソブタンと低級オレフィン(ブテン、プロピレン等)を原料として、酸触媒(硫酸、フッ化水素、塩化アルミニウム等)の存在下で反応させて得られるアルキレート。
(iv)原油や粗油等の常圧蒸留時、改質ガソリン製造時又は分解ガソリン製造時等に蒸留して得られるブタン、ブテン類を主成分としたC4留分。
(v)直鎖の低級パラフィン系炭化水素の異性化によって得られるアイソメレート又はアイソメレートを精密蒸留して得られるイソペンタン。
(vi)接触改質装置より得られる、軽質接触改質ガソリン留分及び重質接触改質ガソリン留分。
本発明に係る燃料油基材の配合方法は、火花点火機関用燃料組成物を調製するための燃料油基材の配合方法であって、燃料油基材を混合することにより、
(1)芳香族分の全含有割合が30.0容量%以下、
(2)含酸素化合物の含有割合が0.10容量%以下、
(3)下記式(I)
V=0.82(P4+0.70×O4)+0.70(P5+0.70×O5)+0.56(P6+0.70×O6)+0.48(P7+0.70×O7)+0.48(P8+0.70×O8) (I)
(ただし、P4~P8は、各々、炭素数4~8の鎖状飽和炭化水素の含有割合(容量%)を示し、O4~O8は、各々、炭素数4~炭素数8の不飽和炭化水素の含有割合(容量%)を示す。)により算出される水分揮発係数Vが33.0以上であり、
(4)リサーチ法オクタン価が96以上
である火花点火機関用燃料組成物を得ることを特徴とするものである。
本発明に係る燃料油基材の配合方法においては、配合対象となる各燃料油基材における、(i)芳香族分の全含有割合、(ii)含酸素化合物の含有割合、(iii)P4~P8およびO4~O8および(iv)リサーチ法オクタン価に基づき、得られる火花点火機関用燃料組成物における、(1)芳香族分の全含有割合、(2)含酸素化合物の含有割合、(3)水分揮発係数Vおよび(4)リサーチ法オクタン価が各々所定の値となるように各燃料油基材の配合割合を決定する。
その上で、各燃料油配合することにより、目的とする火花点火機関用燃料組成物を調製することができる。
表中の分析値は上記各測定方法に基づいて測定した値である。
上記軽質接触分解ガソリン(L-FCC)、重質接触改質ガソリン(H-RMT)、アルキレート(ALKY)、C4留分(C4)及びジイソブチレン(DIB)をガソリン基材として、得られるガソリン組成物における、(1)芳香族分の全含有割合(容量%)、(2)含酸素化合物の含有割合(容量%)、(3)水分揮発係数Vおよび(4)リサーチ法オクタン価(RON)が、各々所望の値となるように、表1に示す配合割合で配合することにより、火花点火機関用燃料組成物を調製した。
各実施例で得られた火花点火機関用燃料組成物の特性を表2に示す。
上記軽質接触分解ガソリン(L-FCC)、重質接触改質ガソリン(H-RMT)及びC4留分(C4)を基材として、表1に示す配合割合なるように配合することにより、火花点火機関用燃料組成物として、ガソリン燃料組成物を調製した。
比較例1で得られた火花点火機関用燃料組成物の特性を表2に示す。
(1)測定サンプル調製
水(蒸留水)、測定対象となる火花点火機関用燃料組成物及び容量100mlの蓋付きガラス容器を室温下で静置した後、水20mlと火花点火機関用燃料組成物80mlを上記ガラス容器内に入れ、係るガラス容器を1分間激しく手で振ることにより水を充分に溶解させる。
その後、20℃にセットした恒温槽内に、上記ガラス容器をセットし、1日静置する。
静置後、ガラス容器内で二層に分離した水層/炭化水素層のうち、炭化水素層を、飽和量まで水分を溶解させた測定サンプルとする。
(2)溶存水分の揮発量測定
容積60mlのシリンジバイアルに上記(1)で調製した20℃の測定サンプル(炭化水素層)を30ml分取し、その溶存水分量(飽和水分量(質量ppm))をカールフィッシャー式電量滴定法(JIS K 2275-3)により測定する。
その後、温度28℃、湿度4%の窒素ガスで上記シリンジバイアルの気相を置換し、蓋をした後、20℃の恒温槽で15分間静置する。
次いで、上記シリンジバイアルから注射器を用いて測定サンプルを分取し、その水分量をカールフィッシャー式電量滴定法(JIS K 2275-3)により測定して、溶存水分の揮発量割合として、質量基準で、溶存水分量の変化割合{(15分間静置することによる溶存水分の減少量/静置前における溶存水分量)×100}(%)を求める。
Claims (2)
- (1)芳香族分の全含有割合が30.0容量%以下、
(2)含酸素化合物の含有割合が0.10容量%以下、
(3)下記式(I)
V=0.82(P4+0.70×O4)+0.70(P5+0.70×O5)+0.56(P6+0.70×O6)+0.48(P7+0.70×O7)+0.48(P8+0.70×O8) (I)
(ただし、P4~P8は、各々、炭素数4~8の鎖状飽和炭化水素の含有割合(容量%)を示し、O4~O8は、各々、炭素数4~炭素数8の不飽和炭化水素の含有割合(容量%)を示す。)により算出される水分揮発係数Vが33.0以上45.0以下であり、
(4)リサーチオクタン価が96以上である
ことを特徴とする火花点火機関用燃料組成物。 - 火花点火機関用燃料組成物を調製するための燃料油基材の配合方法であって、燃料油基材を混合することにより、
(1)芳香族分の全含有割合が30.0容量%以下、
(2)含酸素化合物の含有割合が0.10容量%以下、
(3)下記式(I)
V=0.82(P4+0.70×O4)+0.70(P5+0.70×O5)+0.56(P6+0.70×O6)+0.48(P7+0.70×O7)+0.48(P8+0.70×O8) (I)
(ただし、P4~P8は、各々、炭素数4~8の鎖状飽和炭化水素の含有割合(容量%)を示し、O4~O8は、各々、炭素数4~炭素数8の不飽和炭化水素の含有割合(容量%)を示す。)により算出される水分揮発係数Vが33.0以上45.0以下であり、
(4)リサーチ法オクタン価が96以上
である火花点火機関用燃料組成物を得ることを特徴とする燃料油基材の配合方法。
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